Un nuevo equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania y la Universidad de Pittsburgh ha desarrollado una nueva forma de utilizar las reacciones químicas de ciertas enzimas para desencadenar un movimiento mecánico autoalimentado. Un artículo que describe la investigación del equipo, titulado "Inversión de flujo convectivoen microbombas enzimáticas autoalimentadas ", se publica esta semana en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"Estas bombas proporcionan un control preciso sobre el caudal sin la ayuda de una fuente de energía externa y son capaces de encenderse en respuesta a productos químicos específicos en solución", dijo Ayusman Sen, distinguido profesor de química en Penn State. "También puedensiguen siendo viables y capaces de encenderse incluso después de un almacenamiento prolongado ". El estudiante graduado de Sen y Penn State, Isamar Ortiz, realizó los experimentos del equipo de investigación, que revelan que" las reacciones simples desencadenadas por enzimas pueden usarse para combinar la detección y el bombeo de fluidos en un solo método no mecánico, bombas autoalimentadas de nano / microescala que controlan con precisión el caudal y que se activan en respuesta a estímulos específicos ", dijo Sen, quien también realizó el descubrimiento inicial de las bombas de enzimas.
Los usos potenciales de las microbombas enzimáticas autoalimentadas incluyen detectar sustancias, mover partículas para construir estructuras pequeñas y administrar medicamentos ". Un uso potencial es la liberación de insulina a un paciente con diabetes desde un reservorio a una velocidad proporcional a la concentración deglucosa en la sangre de la persona ", dijo Sen." Otro ejemplo es una bomba enzimática que es activada por toxinas nerviosas para liberar un agente antídoto para descontaminar y tratar a una persona expuesta. Además, debido a que las bombas enzimáticas pueden bombear partículas suspendidas en un fluido,también debería ser posible usarlos para ensamblar o desarmar estructuras pequeñas en lugares específicos mediante bombeo direccional ".
Anna C. Balazs, profesora distinguida de Ingeniería Química y del Petróleo en la Facultad de Ingeniería Swanson de Pitt, que desarrolló el modelo computacional del equipo para esta investigación con el asociado posdoctoral Henry Shum, dijo que "la síntesis y el análisis químico a pequeña escala ocurren comúnmente encámaras llenas de líquido y requieren monitoreo e intervención. Idealmente, preferiría que el proceso sea lo más autónomo posible "
Shum explicó: "La reacción química provoca un cambio en la densidad del fluido, lo que conduce a un flujo de fluido. Crea una transducción quimomecánica, que es un hermoso ejemplo de energía química que crea acción mecánica, de la misma maneraque el cuerpo humano convierte la energía química de los alimentos en movimiento ". Shum examinó los factores que causan variaciones en la densidad en las reacciones enzimáticas y desarrolló un modelo matemático que le permitió mapear un rango de parámetros donde el fluido podría moverse en diferentes direcciones en diferentes momentos.
Los experimentos de Ortiz en Penn State con la enzima ureasa concuerdan con las simulaciones en Pitt. A diferencia de otras enzimas, que siempre bombearon fluido en la misma dirección, la enzima ureasa generó un patrón de flujo inesperado, con la dirección del flujo cambiando en el espacio y el tiempoLa red de reacción química resultante es análoga a un sistema eléctrico en una computadora. Dado que cada enzima se comportará de manera diferente, una reacción química de etapas múltiples podría "programarse" en un experimento, con cada paso generando flujo según lo determinado por la acción de una enzima específica"Al igual que" El aprendiz de brujo "de Disney, donde puedes chasquear los dedos y hacer que trapeadores y escobas limpien tu habitación, es el deseo de un científico crear sistemas que se comporten de manera autónoma y controlable", dijo Balazs.
Se podría construir un comportamiento aún más complejo utilizando diferentes enzimas colocadas en diferentes lugares para crear una cascada dinámica de eventos. Ortiz dijo: "Las bombas de enzimas autoalimentadas podrían usarse como entrega autorregulada, sensible a estímulos, activa,vehículos "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :